DE102012103749A1 - Reactor comprises heatable housing, whose upper region has heating surface and is transversed through rotor, where wiper elements are provided for distribution of liquid product on heating surface which has collection and discharge area - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Reaktor mit einem beheizbaren Gehäuse gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Reaktors.The invention relates to a reactor with a heatable housing according to the features in the preamble of patent claim 1 and a method for operating such a reactor.
Aus der
Übliche Wischersysteme besitzen einen von außen angetriebenen Rotor mit integrierten Wischerelementen. Die Wischerelemente können radial frei beweglich sein und durch Zentrifugalkräfte bei der Rotation nach außen gegen die Heizfläche gedrückt werden, so dass es zu einer mechanischen Einwirkung der Wischerelemente auf den Produktfilm kommt.Conventional wiper systems have an externally driven rotor with integrated wiper elements. The wiper elements can be radially freely movable and be pressed against the heating surface by centrifugal forces during the rotation outwards, so that there is a mechanical action of the wiper elements on the product film.
Bei Kohlenwasserstoffen, die zu kürzeren Molekülketten gespalten und anschließend verdampft werden sollen, werden die verbleibenden Kohlenwasserstoffe immer dicker und zähflüssiger. Es bilden sich starke Anhaftungen mit einer teerartigen Konsistenz. Die Anhaftungen des Produkts werden mit zunehmender Verdampfung der kurzen Molekülketten, d. h. mit zunehmender Verweilzeit des Produkts im Reaktor, nach unten hin immer fester und zähflüssiger. Die Oberflächen der Reaktorinnenseite sind deshalb in einem weiten Bereich unterschiedlich thermisch belastet und unterschiedlichen Verschmutzungen ausgesetzt. Daher kann ein Rotor mit über seine Länge gleichbleibender Auslegung weder auf der gesamten Heizfläche optimalen Wärmeeintrag gewährleisten noch ein optimales Reinigungsergebnis an der Heizfläche erzielen. Außerdem bereiten auch die nicht zur Heizfläche zählenden Bereiche wie der Sammelbereich und der Austragsbereich für das Konzentrat in gleichem Sinn Probleme. Lange Verweilzeiten des Produkts führen grundsätzlich zu einer höheren Molekülspaltungsrate. Damit eine gewünschte Produktqualität erreicht wird, ist eine gezielte Verweilzeit in Kombination mit einer gezielten Produkttemperatur notwendig. Die Zielvorgaben, einer gezielt einstellbaren Verweilzeit in Kombination mit möglichst gleichmäßiger Temperaturverteilung im Produkt und einer gleichzeitig guten Abreinigung der Heizflächen, des Sammelbereichs und des Austragsbereiches sind leider gegensätzlich.For hydrocarbons, which are to be cleaved to shorter molecular chains and then evaporated, the remaining hydrocarbons are getting thicker and more viscous. Strong clinging forms with a tarry consistency. The adhesions of the product become more intense with increasing evaporation of the short molecular chains, i. H. with increasing residence time of the product in the reactor, towards the bottom more and more solid and viscous. The surfaces of the reactor inside are therefore subject to different thermal loads in a wide range and exposed to different contaminants. Therefore, a rotor with consistent design over its length neither guarantee optimal heat input on the entire heating surface nor achieve an optimum cleaning result on the heating surface. In addition, non-heating areas such as the collection area and the concentrate discharge area are also causing problems in the same sense. Long residence times of the product generally lead to a higher molecular splitting rate. In order to achieve the desired product quality, a targeted residence time in combination with a specific product temperature is necessary. The objectives, a specifically adjustable residence time in combination with the most uniform possible temperature distribution in the product and at the same time good cleaning of the heating surfaces, the collecting area and the discharge area are unfortunately contradictory.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Reaktor aufzuzeigen, welcher verschiedene Anforderungen gleichzeitig erfüllt:
- a) eine gleichmäßige Benetzung der Heizfläche zu gewährleisten,
- b) das Produkt auf der Heizfläche und im Konzentratsammelbereich intensiv zu durchmischen,
- c) eine gezielt einstellbar Verweilzeit innerhalb des Reaktors zu realisieren.
- a) ensure uniform wetting of the heating surface,
- b) intensively mixing the product on the heating surface and in the concentrate collecting area,
- c) to realize a specifically adjustable residence time within the reactor.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Reaktors mit diesen Eigenschaften aufzuzeigen, mit welchen insbesondere eine gezielt einstellbare Verweilzeit besser erreicht werden kann.Furthermore, the invention has the object to provide a method for operating a reactor with these properties, with which in particular a specifically adjustable residence time can be better achieved.
Der gegenständliche Teil dieser Aufgabe ist bei einem Reaktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The objective part of this object is achieved in a reactor having the features of patent claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand des Patentanspruchs 12.The inventive method is the subject of claim 12.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the respective subclaims.
Der erfindungsgemäße Reaktor besitzt ein beheizbares Gehäuse, dessen oberer Bereich innenseitig eine Heizfläche besitzt. Das Gehäuse wird innen von einem einzigen Rotor durchsetzt, dessen Wischerelemente zur Verteilung eines flüssigen Produkts auf der Heizfläche dienen. Das flüssige Produkt fließt durch die Schwerkraft nach unten. Unterhalb des oberen Bereichs, d. h. unterhalb der Heizflächen befindet sich ein Sammelbereich für das Produkt. An dessen Ende sitzt der Austragsbereich für das Konzentrat.The reactor according to the invention has a heatable housing whose upper region has a heating surface on the inside. The housing is internally penetrated by a single rotor whose wiper elements serve to distribute a liquid product on the heating surface. The liquid product flows down by gravity. Below the upper range, d. H. Below the heating surfaces is a collection area for the product. At the end sits the discharge area for the concentrate.
Das Besondere bei dem erfindungsgemäßen Reaktor ist, dass sich der Rotor bis in den Sammelbereich und vorzugsweise bis in den Austragsbereich erstreckt. Im Sammelbereich angeordnete Rührelemente, die mit dem Rotor verbunden sind, sorgen für das Durchmischen des Konzentrats des Produktes in dem Sammelbereich und dessen Sauberhaltung und unterstützen den Austrag des Konzentrates.The special feature of the reactor according to the invention is that the rotor extends into the collecting area and preferably into the discharge area. Stirring elements arranged in the collecting area, which are connected to the rotor, provide for Mixing the concentrate of the product in the collecting area and keeping it clean and support the discharge of the concentrate.
Der erfindungsgemäße Rotor hat mithin nicht nur die Funktion, die Wischerelemente zur Verteilung des Produkts auf der Heizfläche anzutreiben, sondern besitzt gewissermaßen auch ein Rührwerk, das zur Durchmischung des Konzentrats im Sammelbereich dient.Consequently, the rotor according to the invention not only has the function of driving the wiper elements for distributing the product on the heating surface, but to a certain extent also has an agitator which serves for thorough mixing of the concentrate in the collecting area.
Das Rührwerk hat allerdings nicht nur die Funktion, die Rückstände des Produkts zu durchmengen, sondern auch die Funktion, das Produkt schließlich aus dem Reaktor auszutragen. Die Rührelemente können daher zumindest teilweise auch als Bestandteile eines Austragssystems betrachtet werden. Der Rotor hat also in dem unteren Bereich die Funktion einer Fördereinrichtung, während er im oberen Bereich primär zur Durchmischung und Verteilung des Produkts dient. Sowohl im oberen als auch im unteren Bereich dient der Rotor mit seinen Wisch- und Förderelementen zur Abreinigung der Heizflächen sowie des Sammel- und Austragsbereiches.However, the agitator not only has the function of passing through the residues of the product, but also the function of finally discharging the product from the reactor. The stirring elements can therefore be considered at least partially as components of a discharge system. The rotor thus has the function of a conveyor in the lower area, while in the upper area it primarily serves for thorough mixing and distribution of the product. Both in the upper and in the lower area of the rotor serves with its wiper and conveyor elements for cleaning the heating surfaces and the collection and discharge area.
Die Sicherstellung der sehr guten Durchmischung und Erzeugung hoher Produktturbulenzen gewährleistet eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Produkt.Ensuring the very good mixing and generation of high product turbulence ensures a uniform temperature distribution in the product.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit nur einem einzigen Rotor mehrere prozessrelevante Anforderungen zur Verteilung bzw. Beförderung des Produkts gelöst werden können und zwar in Anpassung an die jeweiligen örtlichen Eigenschaften des Produkts, insbesondere seine örtliche Viskosität. Während das System aus Wischerelementen und Rührelementen die Grundkonfiguration des erfindungsgemäßen Rotors darstellt, ist es im Rahmen der Erfindung durchaus möglich, eine weitere Anpassung an das zu verarbeitende Produkt vorzunehmen.The invention has the advantage that with a single rotor, several process-relevant requirements for distribution or transport of the product can be achieved, namely in adaptation to the respective local properties of the product, in particular its local viscosity. While the system of wiper elements and stirring elements represents the basic configuration of the rotor according to the invention, it is quite possible within the scope of the invention to make a further adaptation to the product to be processed.
Die Erfindung erfüllt daher gleichzeitig die folgenden Aufgaben:
- a) gleichmäßige Benetzung der Heizfläche,
- b) das Produkt wird auf der Heizfläche und im Konzentratsammelbereich intensiv durchmischt,
- c) die Temperatur wird für alle Produktbereiche möglichst gleichgehalten,
- d) die Heizfläche, der Sammelbereich und der Austragsbereich werden sauber und betriebsfähig gehalten,
- e) es wird eine gezielt einstellbare Verweilzeit innerhalb des Reaktors realisiert,
- f) der Austrag des Konzentrates wird sichergestellt.
- a) uniform wetting of the heating surface,
- b) the product is thoroughly mixed on the heating surface and in the concentrate collecting area,
- c) the temperature is kept as constant as possible for all product areas,
- d) the heating surface, the collection area and the discharge area are kept clean and operational,
- e) a specifically settable residence time is achieved within the reactor,
- f) the discharge of the concentrate is ensured.
Insbesondere kann der Rotor in Längsrichtung seiner Rotorachse aufeinander folgend wenigstens zwei unterschiedliche Wischerelemente besitzen. In einem oberen Teil des Rotors können bekannterweise Wischerelemente zum Einsatz kommen, die sich wie im Stand der Technik für unproblematische Produkte bzw. deren Verteilung an der Heizfläche eignen. Im darauffolgenden, mittleren Bereich des Rotors kann die Konfiguration der Wischerelemente abweichend gestaltet sein, insbesondere an zunehmende viskose Flüssigkeiten angepasst sein. Schließlich folgt der untere Bereich des Rotors, in welchem die Rührelemente angeordnet sind. Alle Bereiche des Rotors drehen mit derselben Drehzahl und sind mit der zentral angetriebenen Welle verbunden.In particular, the rotor can have at least two different wiper elements in succession in the longitudinal direction of its rotor axis. In an upper part of the rotor, it is known to use wiper elements which, as in the prior art, are suitable for unproblematic products or their distribution on the heating surface. In the subsequent central region of the rotor, the configuration of the wiper elements can be deviating, in particular adapted to increasing viscous liquids. Finally, the lower region of the rotor, in which the stirring elements are arranged, follows. All areas of the rotor rotate at the same speed and are connected to the centrally driven shaft.
Im oberen Bereich des Rotors sind die Wischerelemente vorzugsweise als der Drehung des Rotors nacheilende Klappe ausgebildet, die eine Anpresskraft auf die Heizfläche ausübt. Eine solche Klappe kann durch die Zentrifugalkraft mit dem Produktfilm an der Heizfläche in Wirkeingriff stehen, d. h. ihn durchmengen und verteilen und abtragen. Je höher das Gewicht der Klappe ist, desto größer ist auch die Zentrifugalkraft und mithin der Druck, der auf den Produktfilm ausgeübt wird. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, auch in einem einzigen Längenabschnitt bzw. Höhenbereich des Rotors Wischerelemente unterschiedlicher Konfiguration vorzusehen, d. h. insbesondere nacheilende Klappen mit unterschiedlichem Gewicht.In the upper region of the rotor, the wiper elements are preferably designed as a valve following the rotation of the rotor, which exerts a contact pressure force on the heating surface. Such a flap may be in operative engagement with the product film on the heating surface by centrifugal force, i. H. durchst him and distribute and ablate. The higher the weight of the flap, the greater the centrifugal force and thus the pressure exerted on the product film. Of course, it is possible within the scope of the invention to provide wiper elements of different configuration even in a single longitudinal section or height range of the rotor, d. H. in particular trailing flaps with different weights.
In dem darauffolgenden mittleren Längenabschnitt des Rotors kann insbesondere ein feststehendes Wischerelement vorgesehen sein. Der Abstand des Wischerelements von der Heizfläche kann in Abhängigkeit von dem Produkt gewählt werden.In particular, a fixed wiper element may be provided in the subsequent central longitudinal section of the rotor. The distance of the wiper element from the heating surface may be selected depending on the product.
In dem unteren Bereich des Reaktors, d. h. dem Sammelbereich, in welchem die Rührelemente wirksam sind, ist weniger das Zusammenwirken mit der Gehäusewand von Bedeutung, als vielmehr, dass das Konzentrat durchmischt wird, um dadurch Konzentrat von unten nach oben zu fördern, so dass dieses wieder mit dem Reaktionsraum in Kontakt kommt, um noch mehr kurze Molekülketten aus dem Konzentrat austragen zu können.In the lower part of the reactor, d. H. the collection area in which the stirring elements are effective, less the interaction with the housing wall of importance, rather than that the concentrate is mixed, thereby promoting concentrate from bottom to top, so that this again comes into contact with the reaction space, to be able to extract even more short molecule chains from the concentrate.
Hierzu können die Rührelemente in einem Winkel angestellt sein, der eine Verdrängung des Reaktionsgemisches quer zur Bewegungsrichtung des Konzentrats bewirkt. Die Rührelemente können zu diesem Zweck beispielsweise wendelförmig angeordnet sein.For this purpose, the stirring elements can be set at an angle which causes a displacement of the reaction mixture transversely to the direction of movement of the concentrate. The stirring elements can be arranged, for example helically, for this purpose.
Der Sammelbereich läuft beispielsweise nach unten hin konisch zu, sodass das Konzentrat einer unten angeordneten, zentralen Leitung als Ausgang zugeführt wird. Die Rührelemente können an diese sich konisch verjüngende Innenkontur des Sammelbereichs angepasst sein, d. h., sie sind ebenfalls konisch verjüngend angeordnet. Der Umfang des Rotors nimmt in diesem Fall zum unteren Ende des Sammelbereichs ab.The collecting area, for example, tapers conically downwards, so that the concentrate is fed to a bottom, arranged central line as an output. The stirring elements can be adapted to this conically tapered inner contour of the collecting region, ie, they are also arranged conically tapering. The scope of the rotor decreases in this case to the lower end of the collection area.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung ist es, die Verweilzeit des Produkts innerhalb des Reaktors gezielt zu beeinflussen, gleichzeitig die intensive Durchmischung zu verbessern und schließlich den Abbau von Verkrustungen an der Heizfläche sicherzustellen.Another essential aspect of the invention is to specifically influence the residence time of the product within the reactor, at the same time to improve the intensive mixing and finally to ensure the degradation of encrustations on the heating surface.
Die Verweilzeit beeinflusst die erzielbare Qualität des erzeugten Produktes. Im oberen Bereich ist sie relativ kurz und wenig zu beeinflussen. Eine höhere Verweilzeit kann dadurch realisiert werden, dass das Volumen des Reaktors vergrößert wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Volumen benachbart dem unteren Sammelbereich vergrößert wird. Unterhalb der Heizfläche kann mithin eine zylindrische Verlängerung vorgesehen sein.The residence time influences the achievable quality of the product produced. In the upper area, it is relatively short and little to influence. A higher residence time can be realized by increasing the volume of the reactor. According to the invention, it is provided that the volume adjacent to the lower collecting area is increased. Below the heating surface can therefore be provided a cylindrical extension.
Dadurch kann der Reaktor Produkt über einen längeren Zeitraum den Prozessbedingungen aussetzen. Dabei ist es wichtig, dass das erfindungsgemäße Rotorsystem auch in dem zusätzlichen Reaktorvolumen wirksam ist und eine gute Durchmischung, eine Rückführung in den oberen Bereich des Reaktors und eine Abreinigung der Wände bewerkstelligt. Je nach Notwendigkeit werden hierzu auch der Sammelbereich und/oder die zylindrische Verlängerung beheizt.This allows the reactor to expose product to process conditions over a longer period of time. It is important that the rotor system according to the invention is also effective in the additional reactor volume and brings about a good mixing, a return to the upper region of the reactor and a cleaning of the walls. Depending on the need for this, the collecting area and / or the cylindrical extension are heated.
Alternativ ist es möglich, nicht nur eine physikalische Verlängerung des Reaktors vorzusehen, sondern das Verweilvolumen dadurch zu vergrößern, dass das Produkt gewissermaßen aufgestaut wird, sodass das Höhenniveau des Produktes angehoben wird. In diesem zusätzlichen Verweilvolumen wirkt über denselben Rotor, wie er vorstehend beschrieben wurde, wenigstens ein Rührelement. Rührelemente können wie vorstehend geschildert nach oben oder unten fördernd angestellt sein, um eine verbesserte Durchmischung des aufgestauten Volumens zu ermöglichen. Zudem wird durch die Durchmischung das Risiko verringert, dass sich Produkte an der Gehäusewand ablagern und Produktverkrustungen bilden.Alternatively, it is possible to provide not only a physical extension of the reactor, but to increase the residence volume by accumulating the product, so to speak, so that the height level of the product is raised. In this additional residence volume acts on the same rotor, as described above, at least one stirring element. Stirring elements can be made upwards or downwards as described above, in order to allow improved mixing of the accumulated volume. In addition, mixing reduces the risk of products settling on the wall of the housing and forming product encrustations.
Grundsätzlich kann zusätzlich zu dem erhöhten Verweilzeitvolumen vorgesehen sein, die Wischerelemente in den unterschiedlichen Rotorzonen rückfördernd auszubilden, sodass das Produkt an dem durch die Schwerkraft bedingten Herabfließen zumindest teilweise gehindert wird.In principle, in addition to the increased residence time volume, it may be provided to form the wiper elements in the different rotor zones in a recirculating manner, so that the product is at least partially prevented from flowing down due to gravity.
Der Reaktor eignet sich durch die Wahl der Wischerelemente für sehr große Viskositätsbereiche, wodurch hohe Produktausbeuten möglich sind. Eine Verbesserung der Wertstoffausbeute im Prozess bedeutet gleichzeitig eine Verbesserung des Wirkungsgrads.The reactor is suitable by the choice of wiper elements for very large viscosity ranges, whereby high product yields are possible. An improvement in the recycling of valuable materials in the process also means an improvement in the efficiency.
Mit der Erfindung wird ein einheitliches und definierbares Verweilspektrum in Kombination mit einer gezielten und gleichmäßigen Temperaturverteilung für das Produkt ermöglicht. Durch die einheitliche Temperaturführung wird es erst möglich, kontrolliert definierte Produktqualitäten einzustellen. Der sehr gute, über lange Zeit aufrecht erhaltene Wärmeübergang ermöglicht zudem niedrigere Heizmitteltemperaturen, was mit einer Energieersparnis gleichzusetzen ist. Dadurch wird der energetische Wirkungsgrad des Prozesses verbessert. Die kontinuierliche Arbeitsweise ohne manuellen Eingriff ermöglicht ebenfalls hohe Wirkungsgrade in der Produktion. Je weniger Eingriffe des Menschen in den Prozess erforderlich sind, desto sicherer ist der Prozess für das Bedien- und Wartungspersonal. Der erfindungsgemäße Reaktor zeichnet sich durch große Zeitintervalle für Wartungs- und Reinigungsarbeiten am Apparat aus.With the invention, a uniform and definable Verweilsspektrum combined with a targeted and uniform temperature distribution for the product allows. Due to the uniform temperature control, it is only possible to set controlled, defined product qualities. The very good, over long time maintained heat transfer also allows lower heating medium temperatures, which is equivalent to an energy saving. This improves the energy efficiency of the process. The continuous operation without manual intervention also allows high levels of efficiency in production. The fewer human intervention in the process, the more secure the process is for operators and maintenance personnel. The reactor according to the invention is characterized by large time intervals for maintenance and cleaning work on the apparatus.
Als zu verarbeitendes Produkt werden kohlenwasserstoffhaltige Produkte eingesetzt, insbesondere Altöl oder Kunststoffschmelze.As the product to be processed hydrocarbon-containing products are used, in particular waste oil or plastic melt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings. Show it:
Reaktors im LängsschnittReactor in longitudinal section
In den Reaktor
Der Rotor
In einem unteren Bereich des Reaktors
Der Produktaustrag erfolgt am unteren Ende in einem Austragsbereich
Die Ausführungsform der
Der wesentlich größere Sammelbehälter
Die
Aus der perspektivischen Darstellung der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Reaktorgehäusereactor housing
- 1a1a
- Reaktorgehäusereactor housing
- 1b1b
- Reaktorgehäusereactor housing
- 1c1c
- Reaktorgehäusereactor housing
- 22
- Heizflächeheating surface
- 33
- Heizflächeheating surface
- 44
- Wischerelementwiper member
- 55
- Wischerelementwiper member
- 66
- Rotorrotor
- 77
- Rotorwellerotor shaft
- 88th
- Rührelementstirrer
- 99
- Sammelbereichcollecting area
- 9a9a
- Sammelbereichcollecting area
- 9b9b
- Austragsbereichdischarge area
- 1010
- Armpoor
- 1111
- Ausgangoutput
- 1212
- Paddelpaddle
- 1313
- Pumpepump
- 1414
- Wischerelementwiper member
- 1515
- Wischerelementwiper member
- 1616
- Halteringretaining ring
- 1717
- Strebestrut
- 1818
- Rührelementstirrer
- 1919
- Rührelementstirrer
- 2020
- Rührelementstirrer
- 2121
- Rührelementstirrer
- 2222
- Paddelpaddle
- 2323
- Staubereichreservoir area
- HH
- oberer Bereichupper area
- NN
- Niveaustandlevel status
- PP
- Produktproduct
- P1P1
- Pfeilarrow
- P2P2
- Pfeilarrow
- P3P3
- Pfeilarrow
- RR
- Rotorachserotor axle
- SS
- Spaltgap
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2011/131793 A2 [0002] WO 2011/131793 A2 [0002]
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